Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc ứng dụng thiết bị bù có điều khiển SVC trong hệ thống điện của khu gang thép Thái Nguyên

Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc ứng dụng thiết bị bù có điều khiển SVC trong hệ thống điện của khu gang thép Thái Nguyên

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA VIỆC ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Ngành : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số :23.04.3898 VŨ THỊ THÙY NINH Thái nguyên 2008 MỤC LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Các chữ viết tắt và ký hiệu Mở đầu Chương I: Đặc điểm tiêu thụ điện của lưới điện công nghiệp công suất lớn I.1: Đặc điểm tiêu thụ điện của lưới điện công nghiệp công suất lớn I.2: Bù công suất phản kháng cho phụ tải trong lưới điện công nghiệp I.2.1. Hệ số công suất và sự điều chỉnh I.2.1.1. Hệ số công suất I.2.1.2. Điều chỉnh hệ số công suất I.2.2: Điều chỉnh điện áp I.2.2.1: Nguyên tắc điều chỉnh điện áp I.2.2.2. Công thức gần đúng cho việc điều chỉnh điện áp. I.2.2.3. Đặc tính gần đúng của công suất phản kháng Chương II: Tổng quan về công nghệ FACTS II.1. Đặt vấn đề II.2. Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS II.2.1. Các ưu điểm khi sử dụng thiết bị FACTS II.2.2. Phân loại thiết bị FACTS II.3. Một số thiết bị FACTS II.3.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC) II.3.2. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC) II.3.3.Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor (STATCOM) Trang 1 2 6 6 7 8 8 9 11 11 14 16 28 28 28 28 29 30 30 32 33 MỤC LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn II.3.4. Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor (TCPAR) II.3.5. Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC) II.4. Khả năng áp dụng thiết bị FACTS tại Việt Nam Chương III: Các thiết bị bù công suất phản kháng và hoạt động của thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC) III.1: Các thiết bị bù công suất phản kháng III.1.1: Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện III.1.2: Các thiết bị bù điều khiển bằng thyristor III.2: Hoạt động của thiết bị bù ngang có điều khiển SVC III.2.1: Đặc tính điều chỉnh của SVC III.2.2: Đặc tính làm việc của SVC III.3: Một số ảnh hưởng phụ của SVC Chương IV: Đánh giá hiệu quả sử dụng SVC tại khu gang thép Thái Nguyên IV.1: Mở đầu IV.2: Căn cứ thiết kế hệ thống SVC IV.2.1: Các thông số trạm biến thế Gia Sàng và trạm biến thế cấp điện của Gang thép IV.2.2: Các thông số của biến áp lò điện IV.2.3: Trở kháng và điện kháng hạn dòng của mạch ngắn lò điện IV.2.4: Chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt được IV.2.5: Hệ thống cấp điện của Công ty Gang thép Thái Nguyên Việt Nam IV.3. Phân tích ảnh hưởng của cụm lò điện hồ quang tới chất lượng điện của lưới điện cung cấp điện 35 36 38 40 40 40 43 48 48 57 59 61 61 62 63 63 64 64 67 71 MỤC LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn IV.3.1: Ảnh hưởng chất lượng điện trong lưới cấp điện hiện nay của Công ty Gang thép Thái Nguyên IV.3.2: Ảnh hưởng của hệ thống cấp điện tương lai không có SVC đối với chất lượng điện năng của lưới điện IV.4: Xác định phương án SVC IV.5: Khả năng được cải thiện về chất lượng điện năng của mạng điện đối với hệ thống cung cấp điện gang thép sau này khi dã được lắp thêm SVC IV.6: Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng SVC tại khu gang thép Thái Nguyên. Kết luận chung Tài liệu tham khảo Phụ lục 72 77 84 84 86 95 96 97 CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CĐXL CSPK CSTD HTĐ HTCCĐ FACTS GTO MBA STATCOM SVC TCPAR TCR TCSC TSR TSC UPFC Chế độ xác lập Công suất phản kháng Công suất tác dụng Hệ thống điện Hệ thống cung cấp điện Flexible AC Transmission Systems - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt Gate Turn - Off Thyristor - Khóa đóng mở Máy biến áp Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang điều khiển bằng thyristor Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - Thiết bị điều chỉnh góc lệch pha của điện áp Thyristor Controlled Reactor - kháng điện điều khiển bằng thyristor Thyristor Controlled Series Compensator - Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor Thyristor Switched Reactor - Kháng điện đóng mở bằng thyristor Thyristor Switched Capacitor - Tụ điện đóng mở bằng thyristor Unified Power Flow Control - Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất MỞ ĐẦU Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 MỞ ĐẦU 1. Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài Trong chế độ vận hành bình thường của HTĐ (vận hành ở trạng thái ổn định) việc sản xuất công suất tác dụng (CSTD) phải đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ (kể cả các tổn thất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đổi. Cũng vậy, có một sự gắn bó chặt chẽ giữa điều kiện cân bằng công suất phản kháng (CSPK) với điện áp các nút hệ thống. Công suất phản kháng ở một khu vực nào đó quá thừa thì ở đó sẽ có hiện tượng quá điện áp (điện áp quá cao), ngược lại, thiếu CSPK điện áp sẽ bị sụt thấp. Nói khác đi, cũng như đối với công suất tác dụng, CSPK luôn phải được điều chỉnh đề giữ cân bằng. Việc điều chỉnh CSPK cũng là yêu cầu cần thiết nhằm giảm nhỏ tổn thất điện năng và đảm bảo ổn định hệ thống. Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh CSTD và điều chỉnh CSPK. Tần số hệ thống sẽ được đảm bảo bằng việc điều chỉnh CSTD ở bất kỳ máy phát điện nào (miễn sao giữ được cân bằng giữa tổng công suất phát và công suất tiêu thụ). Trong khi đó, điện áp các nút hệ thống không bằng nhau, chúng phụ thuộc điều kiện cân bằng CSPK theo từng khu vực. Như vậy nguồn CSPK cần được lắp đặt phân bố và điều chỉnh theo từng khu vực. Điều này giải thích vì sao, ngoài các máy phát điện cần phải có một số lượng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công suất phản kháng: Máy bù đồng bộ, tụ điện, kháng điện . Chúng được lắp đặt và điều chỉnh ở nhiều vị trí trong lưới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị bù CSPK). Trước đây, việc điều chỉnh CSPK của các thiết bị bù thường được thực hiện đơn giản: Thay đổi từng nấc (nhờ đóng cắt bằng máy cắt cơ khí) hoặc thay đổi kích từ (trong máy bù đồng bộ). Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo tốc độ chậm. Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó mở ra những khả năng mới, trong đó việc ra đời và ứng MỞ ĐẦU Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh công suất lớn - SVC (Static Var Compensator), TCSC (Thyristor Controled Serie Capacitor) đó giải quyết được những yêu cầu mà các thiết bị bù cổ điển chưa đáp ứng được, như tự động điều chỉnh điện áp các nút, giảm dao động công suất nâng cao ổn định hệ thống. Việc ứng dụng các thiết bị bù CSPK chất lượng cao điều khiển bằng thyristor đã trở thành một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính ổn định và hiệu quả sử dụng của hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) nói chung cũng như đối với các phụ tải có công suất phản kháng thay đổi nhanh như lò nung hồ quang điện. Với ý nghĩa trên, mục đích của đề tài luận văn được xác định là: + Nghiên cứu tìm hiểu các đặc điểm, tính năng hoạt động, chế độ làm việc và mô hình tính toán của các thiết bị tự động điều chỉnh linh hoạt (FACTS) đặc biệt là thiết bị bù điều chỉnh nhanh (SVC) trong HTCCĐ + Nghiên cứu, đánh giá, xác định hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của SVC khi được lắp đặt vào HTCCĐ khu Gang thép Thái Nguyên. 2. Nội dung luận văn Với mục tiêu nêu trên, luận văn được trình bày trong bốn chương: Chương I : Đặc điểm tiêu thụ điện của hệ thống điện công suất lớn và lý thuyết cơ bản về bù công suất phản kháng. Chương II: Tổng quan về công nghệ FACTS Chương III: Các thiết bị bù công suất phản kháng và hoạt động của thiết bị bù ngang có điều khiển MỞ ĐẦU Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Chương IV: Đánh giá hiệu quả sử dụng SVC tại khu Gang thép Thái Nguyên. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Hiệu quả của việc ứng dụng các thiết bị bù tới lưới điện khu Gang thép Thái Nguyên. 4 Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu trên sử dụng phối hợp các nhóm phương pháp: Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo các tư liệu kỹ thuật để phân tích, tổng hợp những vấn đề có liên quan tới đề tài. Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn tại xí nghiệp Năng lượng: Điều tra, khảo sát, lắp đặt kỹ thuật, . để củng cố thêm độ tin cậy, chính xác của kết quả nghiên cứu. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn Các kết quả nghiên cứu của luận văn nhằm tìm hiểu sâu về công nghệ FACTS, đặc biệt chú ý công nghệ SVC và mô hình hoá các thiết bị FACTS trong các phương trình cơ bản tính toán chế độ xác lập (CĐXL) của HTCCĐ. Đi sâu nghiên cứu các ảnh hưởng của chế độ làm việc lò hồ quang đối với hệ thống cung cấp điện như: Dao động điện áp, méo hình sin, ảnh hưởng của sóng, sung kích vô công, tác hại của thứ tự nghịch (âm) . Từ đó để ứng dụng SVC đối với phụ tải khu gang thép Thái Nguyên để giảm thiếu các tác động nêu trên và nghiên cứu tính toán hiệu quả kinh tế của SVC đối với hệ thống điện khu gang thép Thái Nguyên. MỞ ĐẦU Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và Trường đại học Bách khoa Hà Nội, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện luận văn. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo TS. Nguyễn Mạnh Hiến, người đã quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và hoàn thành luận văn này. CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN I.1: Đặc điểm tiêu thụ điện của lưới điện công nghiệp công suất lớn Điện năng là dạng năng lƣợng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp, nơi tiêu thụ khoảng 50 sản lƣợng điện năng của cả nƣớc. Vì vậy, việc cung cấp và sử dụng điện hợp lý trong lĩnh vực này có ý nghĩa rất to lớn đối với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Các xí nghiệp công nghiệp có đặc điểm chung là có phụ tải điện lớn; yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao; thiết bị dùng điện đƣợc tập trung với mật độ cao, làm việc với tải gần định mức, dùng cả điện áp xoay chiều và điện áp một chiều, tần số công nghiệp (50Hz); làm việc liên tục trong suốt năm và ít phụ thuộc vào tính chất mùa vụ. Tuy vậy, do quá trình công nghệ của xí nghiệp rất khác nhau nên đặc điểm tiêu thụ điện và hệ thống cung cấp điện của chúng cũng mang nhiều đặc điểm riêng biệt khác nhau. Trong phần lớn các phụ tải điện công nghiệp thì lò nung hồ quang điện là loại phụ tải tiêu thụ điện lớn nhất, quá trình vận hành của nó thƣờng kéo theo sự dao động điện áp và dao động công suất rất lớn. Để sử dụng điện năng có hiệu quả trong các lò hồ quang luyện thép thì các vấn đề phải đƣợc giải quyết một cách tổng thể và đồng bộ, đặc biệt là cần phải quan tâm đến các vấn đề ổn định điện áp, hiệu chỉnh hệ số công suất và lọc sóng điều hoà . Ổn định điện áp cải thiện đáng kể chế độ vận hành của lò luyện, làm gia tăng công suất cực đại dẫn đến tăng năng suất sản phẩm. Ngoài ra, trong trƣờng hợp lò hồ quang ngắn cũng cho phép lò làm việc với cùng một mức công suất cực đại, nhƣng giảm thiểu đƣợc mức độ khó nóng chảy của vỏ bọc bên ngoài phôi thép, giúp hạn chế “chớp nháy” điện áp. [...]... cả hai Tất cả các thiết bị điều khiển song song bù dòng điện vào hệ thống tại điểm nút 3 Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với nối tiếp ( Combined series – series Controllers ): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển nối tiếp riêng rẽ, có cùng cách thức điều khiển đƣợc sử dụng trong hệ thống nhiều dây dẫn hoặc có thể là thiết bị điều khiển hợp nhất Trong những thiết bị điều khiển nối tiếp công... phản kháng của tải ) Thiết bị bù lý tƣởng ở dạng điều chỉnh điện áp có độ lợi K C là vô định Trong thực tế hiếm có các giá trị KC quá cao Nó có khuynh hƣớng làm giảm tính ổn định của điểm vận hành thiết bị bù, đối với một số loại thiết bị bù, thiết kế có giá trị K C cao khá tốn kém Do vậy đặc tính K C xác định là quan trọng Phân tích trên cơ sở từng pha với giả thiết điều kiện cân bằng Giả thiết tỷ số... Đáp ứng nhanh của thiết bị bù tốc độ cao giúp giải quyết vấn đề đối nghịch giữa đặc tính lò điện và việc giảm chớp nháy của tổ hợp máy bù đồng bộ với điện kháng đệm Vì vậy, có thể nói trong một số trƣờng hợp, việc sử dụng thiết bị bù điều khiển bằng thyristor hoặc bù bằng điện kháng bão hoà sẽ là giải pháp ổn định điện áp lò điện mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất I.2: Bù công suất phản... trạng hệ thống điện sẽ có thời điểm bị quá tải Thêm vào đó, do khả năng tải của đƣờng dây bị giới hạn bởi các yếu tố nhiệt độ, điện dung và độ ổn định, nếu không có sự điều khiển hợp lý, sẽ không tận dụng hết khả năng tải của các đƣờng dây Việc sử dụng thiết bị FACTS sẽ góp phần giải quyết việc vận hành hệ thống điện một cách khoa học, nâng cao hiệu quả đƣờng dây tải điện hiện có, đáp ứng yêu cầu thực tế. .. tụ bù ngang ở hình 1.9b đủ lớn thì máy bù cảm ứng có thể hƣớng sao cho đƣờng đặc tính của nó nằm hoàn toàn ở góc phần tƣ vƣợt trƣớc ( sớm ) Khi đƣợc kết hợp với tụ bù ngang thiết bị bù cảm ứng có khả năng duy trì điện áp không đổi và hệ số công suất trung bì nh đồng nhất cho phụ tải cảm ứng Sự phân biệt giữa thiết bị bù cảm ứng và thiết bị bù điện dung có thể nhƣ giả tạo, nhƣng theo quan điểm thực tế. .. tải của đƣờng dây gần tới giới hạn nhiệt + Tăng độ tin cậy, giảm tổn thất hệ thống Tuy nhiên giá thành các thiết bị FACTS là rất cao so với khả năng tài chính nƣớc ta hiện nay Do đó, khi nghiên cứu áp dụng thiết bị FACTS cần phải phân tích các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn giải pháp phù hợp II.2.2 Phân loại thiết bị FACTS Các thiết bị FACTS có thể phân ra làm bốn loại: 1, Thiết bị điều khiển. .. kháng của thiết bị bù lý tƣởng b) Điện dung thế hiệu dịch của thiết bị bù cảm ứng biến thiên c) Điện kháng thế hiệu dịch của thiết bị bù điện dung biến thiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 23 CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN ( hình 1.9b ) đủ lớn thì máy bù cảm ứng cú thể hƣớng vào góc phần tƣ chậm sau ( trễ ) bằng điện. .. THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN Các giải pháp đƣợc sử dụng để ổn định điện áp bao gồm: việc đấu nối lò vào lƣới có điện áp cao hơn hoặc sử dụng các thiết bị phụ trợ nhƣ máy bù đồng bộ với điện kháng đệm, thiết bị điều khiển thyristor tốc độ cao hiện đại hoặc điện kháng bão hoà Đấu nối lò điện vào lƣới điện có điện áp cao hơn thƣờng rất đắt và đôi khi là không thực tế Đáp ứng nhanh của. .. kháng cho phụ tải trong lưới điện công nghiệp Mục tiêu đầu tiên của lý thuyết bù phụ tải là giải thích mối quan hệ giữa hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ), phụ tải và thiết bị bù nhằm để đạt ba mục tiêu: + Điều chỉnh hệ số công suất + Củng cố sự điều áp + Cân bằng phụ tải Có thể nêu đặc trƣng hoặc thiết lập mô hình của hệ thống cung cấp, phụ tải và thiết bị bù theo nhiều cách Hệ thống cung cấp có thể đƣợc đặc... kiệm về mặt kinh tế là giảm chi phí đầu tƣ và chi phí nhiên liệu thông qua việc giảm công suất và giảm tổn thất công suất trong tất cả các phần tử ở giữa điểm lắp đặt thiết bị bù và nguồn phát, bao gồm đƣờng dây phân phối và trạm biến áp Hệ số công suất kinh tế là điểm mà tại đó hiệu quả của việc lắp đặt thêm thiết bị bù vừa đúng bằng chi phí của thiết bị bù Trƣớc đây, hệ số công suất kinh tế này vào